Reinforced concrete (RC) beam column joints (BCJ) have mostly exhibited poor seismic performance during several past earthquakes, typically due to the poor-quality concrete or lack of reinforcement detailing typical of pre-code design practice. The present study is motivated towards numerical simulation and seismic fragility assessment of one such RC-BCJ. The BCJ is loaded to failure and strengthened using Ultra High Performance-Hybrid Fiber Reinforced Concrete (UHP-HFRC) jacketing. The strengthening is performed for four different BCJ specimens, each representing an intermediate damage state before collapse. viz., slight, moderate, severe, and collapse. From the numerical simulation of all the BCJ specimens, an attempt is made to correlate different modelling and design parameters of the BC joint with respect to the damage states. In addition, seismic fragility analysis of the original as well as the retrofitted damaged BCJ specimens show the relative enhancement achieved in each case.
Reinforced concrete (RC) bridges with both skew and curvature are pretty common in areas with complex terrains. Existing studies have shown skewed and/or curved bridges exhibit more complicated seismic performance than straight bridges, and yet related seismic risk studies are still rare. These bridges deserve more studies in low-to-moderate seismic regions than those in seismic-prone areas. This is because for bridges with irregular and complex geometric designs, comprehensive seismic analysis is not always required and little knowledge about actual seismic risks for these bridges in low-to-moderate regions is available. To provide more insightful understanding of the seismic risks and the impact from the geometric configurations, analytical fragility studies are carried out on four typical bridge designs with different geometric configurations (i.e., straight, curved, skewed, skewed and curved) in the mountain west region of the United States. The results show the curved and skewed geometries can considerably affect the bridge seismic fragility in a complex manner, underscoring the importance of conducting detailed seismic risk assessment of skewed and curved bridges in low-to-moderate seismic regions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.3
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pp.65-72
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2011
Extensive computer simulations to account for the randomness in the process of seismic demand estimation have been a serious obstacle to the adoption of probabilistic performance assessments for the decision of applying seismic intervention schemes. In this study, a method for rapid fragility assessments based on a response database and the fragility contour method are presented. By the comparison of response contours in different formats, it is shown that representing maximum responses in ductility demand is better for the investigation of the effect of structural parameter changes on seismic demands than representations in absolute values. The presented fragility contour enables designers to practically investigate the probabilistic performance level of every possible retrofit option in a convenient manner using visualized data sets. This example demonstrates the extreme efficiency of the proposed approach in performing fragility assessments and successful application to the seismic retrofit strategies based on limit state probabilities.
The main purpose of this paper is to develop seismic fragility curves for existing reinforced concrete, RC, buildings based on the post earthquake field survey and the seismic performance using capacity design. Existing RC buildings constitute approximately 65% of the total stock in Algiers. This type of buildings, RC, was widely used in the past and chosen as the structural type for the future construction program of more than 2 millions apartments all over Algeria. These buildings, suffered moderate to extensive damage after the 2003 Boumerdes earthquake, on May 21st. The determination of analytical seismic fragility curves for low-rise and mid-rise existing RC buildings was carried out based on the consistent and complete post earthquake survey after that event. The information on the damaged existing RC buildings was investigated and evaluated by experts. Thirty four (34) communes (districts) of fifty seven (57), the most populated and affected by earthquake damage were considered in this study. Utilizing the field observed damage data and the Japanese Seismic Index Methodology, based on the capacity design method. Seismic fragility curves were developed for those buildings with a large number data in order to get a statistically significant sample size. According to the construction period and the code design, four types of existing RC buildings were considered. Buildings designed with pre-code (very poor structural behavior before 1955), Buildings designed with low code (poor structural behavior, between 1955-1981), buildings designed with medium code (moderate structural behavior, between 1981-1999) and buildings designed with high code (good structural behavior, after 1999).
Dung T.P. Tran;Youngkyu Cho;Hwanwoo Seo;Byungmin Kim
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.4
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pp.341-380
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2023
This study evaluates the seismic fragilities in fill slopes in South Korea through parametric finite element analyses that have been barely investigated thus far. We consider three slope geometries for a slope of height 10 m and three slope angles, and two soil types, namely frictional and frictionless, associated with two soil states, loose and dense for frictional soils and soft and stiff for frictionless soils. The input ground motions accounting for four site conditions in South Korea are obtained from one-dimensional site response analyses. By comparing the numerical modeling of slopes using PLAXIS2D against the previous studies, we compiled suites of the maximum permanent slope displacement (Dmax) against two ground motion parameters, namely, peak ground acceleration (PGA) and Arias Intensity (IA). A probabilistic seismic demand model is adopted to compute the probabilities of exceeding three limit states (minor, moderate, and extensive). We propose multiple seismic fragility curves as functions of a single ground motion parameter and numerous seismic fragility surfaces as functions of two ground motion parameters. The results show that soil type, slope angle, and input ground motion influence these probabilities, and are expected to help regional authorities and engineers assess the seismic fragility of fill slopes in the road systems in South Korea.
Shored Mechanically Stabilized Earth (SMSE) walls are types of soil retaining structures that increase soil stability under static and dynamic loads. The damage caused by an earthquake can be determined by evaluating the probabilistic seismic response of SMSE walls. This study aimed to assess the seismic performance of SMSE walls and provide fragility curves for evaluating failure levels. The generated fragility curves can help to improve the seismic performance of these walls through assessing and controlling variables like backfill surface settlement, lateral deformation of facing, and permanent relocation of the wall. A parametric study was performed based on a non-linear elastoplastic constitutive model known as the hardening soil model with small-strain stiffness, HSsmall. The analyses were conducted using PLAXIS 2D, a Finite Element Method (FEM) program, under plane-strain conditions to study the effect of the number of geogrid layers and the axial stiffness of geogrids on the performance of SMSE walls. In this study, three areas of damage (minor, moderate, and severe) were observed and, in all cases, the wall has not completely entered the stage of destruction. For the base model (Model A), at the highest ground acceleration coefficient (1 g), in the moderate damage state, the fragility probability was 76%. These values were 62%, and 54%, respectively, by increasing the number of geogrids (Model B) and increasing the geogrid stiffness (Model C). Meanwhile, the fragility values were 99%, 98%, and 97%, respectively in the case of minor damage. Notably, the probability of complete destruction was zero percent in all models.
Ali Yesilyurt;Oguzhan Cetindemir;Seyhan O. Akcan;Abdullah C. Zulfikar
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.13-23
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2023
Seismic risk assessment studies are one of the most crucial instruments for mitigating casualties and economic losses. This work utilizes fragility curves to evaluate the seismic risk of single-story precast buildings, which are generally favored in Marmara's organized industrial zones. First, the precast building stock in the region has been categorized into nine sub-classes. Then, seven locations in the Marmara region with a high concentration of industrial activities are considered. Probabilistic seismic hazard assessments were conducted for both the soil-dependent and soil-independent scenarios. Subsequently, damage analysis was performed based on the structural capacity and mean fragility curves. Considering four different consequence models, 630 sub-class-specific loss curves for buildings were obtained. In the current study, it has been determined that the consequence model has a significant impact on the loss curves, hence, average loss curves were computed for each case investigated. In light of the acquired results, it was found that the loss ratio values obtained at different locations within the same region show significant variation. In addition, it was observed that the structural damage states change from serviceable to repairable or repairable to unrepairable. Within the scope of the study, 126 average loss functions were presented that could be easily used by non-experts in earthquake engineering, regardless of structural analysis. These functions, which offer loss ratios for varying hazard levels, are valuable outputs that allow preliminary risk assessment in the region and yield sensible outcomes for insurance activities.
The effects of past earthquakes have demonstrated the seismic vulnerability of confined masonry structures (CMSs) to earthquakes. The results of experimental analysis indicate that damage to these structures depends on lateral displacement applied to the walls. Seismic evaluation lacks an analytical approach because of the complexity of the behavior of this type of structure; an empirical approach is often used for this purpose. Seismic assessment and risk analysis of CMSs, especially in area have a large number of such buildings is difficult and could be riddled with error. The present study used analytical and numerical models to develop a simplified nonlinear displacement-based approach for seismic assessment of a CMS. The methodology is based on the concept of ESDOF and displacement demand and is compared with displacement capacity at the characteristic period of vibration according to performance level. Displacement demand was identified using the nonlinear displacement spectrum for a specified limit state. This approach is based on a macro model and nonlinear incremental dynamic analysis of a 3D prototype structure taking into account uncertainty of the mechanical properties and results in a simple, precise method for seismic assessment of a CMS. To validate the approach, a case study was considered in the form of an analytical fragility curve which was then compared with the precise method.
Seismic vulnerability assessment is a useful tool for rational safety analysis and planning of large and complex structural systems; it can deal with the effects of uncertainties on the performance of significant structural systems. In this study, an efficient dynamic reliability approach, probability density evolution methodology (PDEM), is proposed for seismic vulnerability analysis of earth dams. The PDEM provides the failure probability of different limit states for various levels of ground motion intensity as well as the mean value, standard deviation and probability density function of the performance metric of the earth dam. Combining the seismic reliability with three different performance levels related to the displacement of the earth dam, the seismic fragility curves are constructed without them being limited to a specific functional form. Furthermore, considering the seismic fragility analysis is a significant procedure in the seismic probabilistic risk assessment of structures, the seismic vulnerability results obtained by the dynamic reliability approach are combined with the results of probabilistic seismic hazard and seismic loss analysis to present and address the PDEM-based seismic probabilistic risk assessment framework by a simulated case study of an earth dam.
Recent studies have highlighted the importance of accounting for aging and deterioration of bridges when estimating their seismic vulnerability. Effects of structural degradation of multiple bridge components, variations in bridge geometry, and comparison of different environmental exposure conditions have traditionally been ignored in the development of seismic fragility curves for aging concrete highway bridges. This study focuses on the degradation of multiple bridge components of a geometrically varying bridge class, as opposed to a single bridge sample, to arrive at time-dependent seismic bridge fragility curves. The effects of different exposure conditions are also explored to assess the impact of severity of the environment on bridge seismic vulnerability. The proposed methodology is demonstrated on a representative class of aging multi-span reinforced concrete girder bridges typical of the Central and Southeastern United States. The results reveal the importance of considering multiple deterioration mechanisms, including the significance of degrading elastomeric bearings along with the corroding reinforced concrete columns, in fragility modeling of aging bridge classes. Additionally, assessment of the relative severity of exposure to marine atmospheric, marine sea-splash and deicing salts, and shows 5%, 9% and 44% reduction, respectively, in the median value bridge fragility for the complete damage state relative to the as-built pristine structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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